对照组增产0.25kg，瓜的等级也从2级提高到1级[7]。
3.3 缓解土壤资源约束
我国是世界上的人口大国，但我国的人均耕地面积远低于世界人均耕地水平，统计结果显示2017年我国人均耕地面积仅有0.097hm2/人，远低于世界人均耕地面积0.193hm2/人。一直以来，我国农业生产片面追求农作物产量而忽视了对土地资源的保护，大量施用化肥和除草剂，导致土壤肥力下降，甚至严重的重金属污染，而近年来我国快速发展的城市化进程进一步减少了我国的耕地面积，导致我国耕地资源更加稀缺。发展无土栽培是解决耕地资源短缺的有效途径，通过农业废弃物基质化利用，生产大量用于无土栽培的高品质基质，可缓解土壤资源对农业生产的约束。
3.4 实现循環经济
农业发展面临着资源、生态、环境、能源等多方面的严峻挑战，而农业废弃物基质化利用是实现“农业废弃物一基质化利用一动/植物一农业废弃物”农业生产循环体系的重要步骤，是以经济效益为驱动力，以生态、科学的基质化技术为基础，以可持续协调发展和经济循环为目的的废弃资源循环利用方式，是逐步实现我国农业经济循环和农村可持续发展的重要措施。
4 农业废弃物基质化处理的主要技术途径
4.1 好氧堆肥技术
堆肥技术是把农业废弃物与添加剂按比例混合，调节物料含水率、在通气条件下利用微生物代谢降解有机质、分解酚类等有毒物质，同时杀死堆肥中病原菌、草籽，最终产生稳定有机质的过程[8]。根据堆肥过程中微生物的需氧情况不同，微生物发酵技术还可以分为好氧堆肥技术和厌氧发酵技术。好氧堆肥过程中微生物代谢活动会大量放热，促使堆体温度升高到50-65℃，能最大限度地杀灭病原菌，同时提高降解速率，因此高温好氧堆肥成为了应用最为广泛的农业废弃物基质化处理技术[9]。
静态、半静态、动态堆肥是好氧堆肥技术的三种形式。静态好氧堆肥缺少翻堆这一环节，因此发酵装置较简单，投资成本较低。但是由于静态堆肥堆体内部容易接触不到氧气，缺氧环境下导致物料易板结，微生物繁衍也因此受限，发酵速率低，发酵周期较长，堆肥品质差。而且静态好氧堆肥堆体面积较大，为满足堆体充足通风，使用的设备内需含有比动态堆肥设施多的供风和引风机，设施占地面积大于动态堆肥设施，更适合于场地不受限的地区。动态好氧堆肥相比静态堆肥，物料通过粉碎和充分搅拌后可以均匀地接触氧气，促进微生物代谢繁殖，堆肥周期也大大缩短，农业废弃物降解速度更快，因此动态好氧堆肥技术的使用率更高。例如北京阿苏卫垃圾堆肥处理厂的筒式发酵装置是目前我国处理能力最大，处理速度最快的发酵装置，每天废弃物处理量可高达2000t，发酵周期仅需要2d，而半静态机械翻堆条形堆肥的发酵周期需要21d，二级静态堆肥周期需要70～90d[10]。动态堆肥与静态堆肥在具备同样容纳量的处理设施中，动态堆肥的耗时远少于静态和半静态，所以耗电量差异显著。动态堆肥设施占地面积相对小，可实现全自动化，劳动力成本也较少，但动态好氧堆肥机械成本高，所以更适合于土地稀缺的发达地区。
4.2 低温炭化技术
低温炭化是指在无氧或低氧的环境下，通过热裂解（<700℃）有机物产生生物质炭、可燃气、生物油等可利用物质的技术方法。农业废弃物原料经低温炭化后，体积变小，自身所带的病原菌等有害物质也被杀死。其主要产物生物炭具有质量轻、表面多孔隙，有较大的比表面等特点，既可以储存充足的水分和养分，也可为植物根系呼吸作用提供充足的氧气和吸收养分的空间，为微生物代谢提供一个好的场所，且阳离子交换能力较强，可最大程度减少养分淋失，是可代替草炭进行植物育苗和栽培的高品质基质。
根据炭化原理，农业废弃物低温炭化技术可分为热裂解法、水热炭化法和微波炭化法[11]，其中热裂解法是其中最常用的一种方法。水热炭化技术是荷兰在20世纪80年代发明的一种热转化技术，该技术是把具有固定含水率的生物质在反应器特定温度和压力下，生成固体和液体并产生气体产物的过程，与热裂解炭化法相比，水热炭化少了原料预处理阶段的干燥原料步骤，因此当农业废弃物含水量较高时，采用水热炭化法进行生物炭的制备就无需干燥环节，节约了大量的劳动力，降低了炭化设备的成本。无论是热解炭化还是水热炭化，都需要保持对加热炉的持续加热和保温，而微波炭化法是利用频率为300MHz～300GHz的电磁波在完全无氧或少量氧气的条件下作用于农业废弃物，使其分子内外产生剧烈振动发热从而制备生物质炭的过程，不需要对反应炉进行加热，相比较传统炭化方法，微波炭化法受热均匀，没有额外的热量损失，所以加热速度快，能源消耗少[12]。在追求降低劳动力和时间成本，提高能源利用率和实现全自动化炭化的选择上，微波炭化法具有优势。彭金辉等利用农林废弃物为原料，利用微波炭化法，仅几分钟就可快速完成传统工艺的预热、干燥、炭化和活化四个工艺环节，制得优质生物质炭[13]。
5 农业废弃物基质化利用出现的问题及发展途径
5.1 农业废弃物来源广泛，产品一致性差
除了不同种类的农业废弃物存在巨大的理化性状差异，即使同一种类的农业废弃物，由于品种、来源等原因，在碳含量、含氮量、干湿情况、重金属含量等理化性质上也存在着巨大的差异，这些理化性质的参差不齐会导致发酵腐熟进度和程度上的差异，降低基质化速率并影响堆肥产品的品质。对农业废弃物原料实施科学有效的收集和分类，对性质差异大的农业废弃物实施针对性处理，是提高农业废弃物基质产品品质的关键。
5.2 农业废弃物成分复杂，可控性差
农业废弃物组成较复杂且理化性状相差巨大。多数农业废弃物中还存在着一些不稳定、难降解的粗纤维以及酚类等有害物质，如果处理不充分就用作栽培基质会影响植物的正常发育，阻碍植物根系对营养元素的吸收。因此在研究农业废弃物中木质纤维素物质对农业废弃物基质化处理结果和效率上具有关键作用。MohdHuzairi MohdZainudin研究表明在整个堆肥过程中添加增稠的POME污泥可同时为木质纤维素OPEFB的生物降解提供营养物和微生物来源，这可以减少堆肥期，从而提高堆肥生产的生产率[14]。
5.3 基质重复利用率低
农业废弃物基质制备成本较高，若可多次重复利用就可降低其制备和使用成本，使基质化生产低成本化、基质的使用更符合社会经济条件。然而，任何基质在使用后，基质内部理化性质都会有所改变。这种变化受栽培和养殖作物本身、内外环境、微生物种类及含量和施肥等因素影响。程智慧等人把栽培一茬辣椒的有机基质混合泥炭、玉米秸秆和牛粪等农业废弃物共腐熟后用于大白菜、辣椒、番茄三种蔬菜的栽培，结果显示用栽培了一茬作物后复配的农业废弃物基质种植三种蔬菜的出苗率和效果都优于以泥炭为主成分的鲜配育苗基质，说明农业废弃物基质化再利用切实可行[151。因此在农业废弃物基质化研究上应注重如何把使用过的旧基质进行处理后重新利用，实现封闭式循环利用。
5.4 基质化产品缺乏创新
随着农业废弃物基质化逐渐得到重视，未来大规模的基质化生產、流通和异地运输都对基质化产品有更高的要求。但是目前我国研究并投人生产的农业废弃物基质化产品在规模化生产和异地运输过程中容易受外部环境条件影响，导致基质产品内部温度忽高忽低、板结和营养元素挥发等问题，不利于后期的作物栽培。因此，创新和发展保水性能好，形状稳定，内部温度恒定且可以固化成型的基质化产品是方便运输和使用，避免板结、营养成分挥发等问题的未来基质化发展之路。
5.5 缺乏对高科技手段的利用
农业废弃物基质化处理各阶段的影响因素较多，以好氧堆肥为例，随着发酵的发生，农业废弃物的水分、pH值和微生物活性等都处于动态变化的状态，需要对农业废弃物基质化处理的温度、含水率、酸碱性、有毒物质等进行实时数据收集和调控，以免基质化速率和效率受影响。因此运用大数据分析，分子识别、DNA识别、智能化管理等高科技手段，可以及时捕捉农业废弃物基质化处理中温度、水份、微生物生理活性的变化，并对搜集的数据进行储存、处理和分析，辨别出需要作出调整的成分和调整量，再通过智能化控制系统进行自动化调控。通过把农业废弃物基质化与GPs等系统结合，还可以实现在异地客户端对基质化过程的实时监控和调节，从而减少劳动力投入，实现“一人管一个工厂”的科技化、集约化发展目标。
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收稿日期：2019-10-14
作者简介：赵佳颖（1996-），女，硕士研究生，研究方向为城市生态代谢与废弃物资源化。
通讯作者：戚智勇（1980-），男，副教授，研究方向为城市生态代谢与废弃物资源化。